辨析分子生物學中的多個“子”

高俊平 李法君

(山東省濰坊科技學院 濰坊 262700)

在分子生物學中，存在諸多以“子”命名的名詞，如啟動子、密碼子、順反子等。在學生學習過程中，這些概念易引起混淆，本文以中心法則為主線，從DNA、 RNA和蛋白質(zhì)三個層面對其進行了闡釋。

1 DNA序列

1.1 順反子(Cistron) 順反子即結(jié)構(gòu)基因，為決定一條多肽鏈合成的功能單位，于1955年由美國分子生物學家本茲爾提出。當一個基因內(nèi)部可以發(fā)生若干不同位點的突變，倘若在一個基因內(nèi)部發(fā)生兩個以上位點的突變，其順式和反式結(jié)構(gòu)的表型效應(yīng)是不同的，順式是野生型，反式卻是突變型，這就是所謂的順反子。順反子是一個遺傳的功能單位，是一個必須保持完整才具有正常生理功能的遺傳物質(zhì)的最小單位，是基因的現(xiàn)代概念。

1.2 突變子(Muton)和重組子(Recon) 在順反子的基礎(chǔ)上，本茲爾同時提出了突變子和重組子的概念。順反子由突變產(chǎn)生，故此在順反子內(nèi)部，還包含有一系列的突變單位——突變子。所謂突變子是指DNA序列中發(fā)生突變的最小單位，它可以是DNA分子中構(gòu)成基因的幾個或若干個核苷酸。由于順反子內(nèi)的各個突變子之間存在一定的物理距離，所以彼此之間還可以發(fā)生重組交換，重組子就是指兩個突變位點之間可發(fā)生交換產(chǎn)生野生型的最小單位，即不能由重組分開的基本單位。

1.3 轉(zhuǎn)座子(Transposon) 轉(zhuǎn)座子是指染色體上一段能移動的DNA片段，可以通過切割、重新整合等一系列過程從染色體的一個位置跳到另一個位置。當轉(zhuǎn)座子插入到某個功能基因時，就會誘導產(chǎn)生突變型，而當轉(zhuǎn)座子再次轉(zhuǎn)座或跳離這一位點時，失活基因的功能又得以恢復。根據(jù)轉(zhuǎn)座機制的不同，轉(zhuǎn)座子通常分為3類： 復制性轉(zhuǎn)座子、保守性轉(zhuǎn)座子和反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子打破了基因固定排列于染色體上的概念。

1.4 復制子(Replicon) DNA復制從起始點開始直到終點為止，每個這樣的發(fā)生復制的DNA獨立單位稱為復制子。在原核細胞和噬菌體中，每個DNA分子只有一個復制起始點，因而DNA分子就構(gòu)成一個復制子，而在真核生物中，DNA的復制是從許多起始點同時開始的，所以每個DNA分子上有許多個復制子。

1.5 啟動子(Promoter) 啟動子是一段位于功能基因5′端上游，提供RNA聚合酶識別和結(jié)合的DNA序列，長度因生物種類而異。例如，原核生物的啟動子一般長度為20～200 bp，通常由4部分組成： 轉(zhuǎn)錄起始CAT序列、Pribnow box、 Sextama box、間隔區(qū)。啟動子通常和轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合調(diào)控基因表達的水平、部位及方式。

1.6 增強子(Enhancer) 增強子是指位于功能基因附近，能夠增強該基因轉(zhuǎn)錄活性的一段DNA順序。增強子提高轉(zhuǎn)錄效率的特點如下： ①增強子只有啟動子存在時才能發(fā)揮作用；②無方向性,無論位于啟動子的上游或下游，增強子均能激活其相應(yīng)的啟動子；③增強子的作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強子方向倒置依然能起作用；④增強子一般具有組織或細胞特異性，增強子必須與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用。

1.7 沉默子(Silencer) 沉默子是指位于功能基因附近，能抑制該基因轉(zhuǎn)錄表達的DNA序列。沉默子是一種負性調(diào)控元件，其作用特征與增強子類似，在組織細胞特異性或發(fā)育階段特異性表達的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起重要作用。當沉默子的DNA序列被調(diào)控蛋白結(jié)合后，可以阻斷轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成或活化，進而使基因表達活性關(guān)閉。

1.8 終止子(Terminator) 終止子是指位于基因編碼區(qū)下游，能夠終止RNA轉(zhuǎn)錄合成的特殊DNA序列。原核生物的終止子均具有回文結(jié)構(gòu)，可分為依賴ρ因子和不依賴ρ因子的終止子兩種類型。真核生物的終止子則在mRNA前體的近3′端處轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一組共同序列： AAUAAA和GU-rich序列，此為轉(zhuǎn)錄終止的識別位點。轉(zhuǎn)錄酶越過此位點后，RNA鏈即被水解切斷，轉(zhuǎn)錄終止。

1.9 絕緣子(Insulator) 在基因組內(nèi)建立的獨立轉(zhuǎn)錄活性結(jié)構(gòu)域的邊界DNA序列稱為絕緣子。絕緣子由多種組分所構(gòu)成，它們可以自主協(xié)同阻斷鄰近的增強子或沉默子發(fā)揮調(diào)控作用。絕緣子的抑制作用具有“極性”的特點，即只抑制處于絕緣子所在邊界另一側(cè)的增強子或沉默子，而對處于同一染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域內(nèi)的增強子或沉默子沒有作用。

1.10 內(nèi)含子(Introns)與外顯子(Exon) 真核生物的功能基因是斷裂基因，即基因組DNA序列由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相隔開但又連續(xù)鑲嵌而成。內(nèi)含子和外顯子即為斷裂基因的非編碼區(qū)和編碼區(qū)。外顯子被內(nèi)含子隔開，功能基因被轉(zhuǎn)錄的初級產(chǎn)物稱為核不均一RNA，經(jīng)過剪除內(nèi)含子，把外顯子連在一起形成一個連續(xù)的開放閱讀框。

1.11 操縱子(Operon) 操縱子是指啟動基因、操縱基因和一系列緊密連鎖的功能基因的總稱。很多功能上相關(guān)的基因前后相連成串，由一個共同的控制區(qū)進行轉(zhuǎn)錄的控制，包括功能基因以及調(diào)節(jié)基因的整個DNA序列。操縱子主要見于原核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，如乳糖操縱子、阿拉伯糖操縱子、組氨酸操縱子和色氨酸操縱子等。

2 RNA序列

2.1 密碼子(Codon) mRNA分子開放閱讀框中每3個相鄰的核苷酸決定蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個氨基酸，這3個核苷酸被稱為密碼子或三聯(lián)體密碼，是生物體的“第一遺傳密碼”。總共64個密碼子共編碼20種氨基酸，其中AUG和GUG是起始密碼子，UAA、 UAG、 UGA是終止密碼子。

2.2 反密碼子(Anticodon) tRNA鏈經(jīng)過折疊，看上去像三葉草的葉形，其一端是攜帶氨基酸的部位，另一端有3個堿基。每個tRNA(transfer RNA)的這3個堿基可以與mRNA上的密碼子互補配對，因而叫反密碼子。

2.3 副密碼子(Paracodon) tRNA作為把mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的“譯員”，必須精通兩種語言： 一種是RNA語言，它是通過反密碼子來識別mRNA上的密碼子的；另一種是蛋白質(zhì)語言，要在密碼子相應(yīng)的位置譯作相應(yīng)的氨基酸。tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域叫做副密碼子。

3 蛋白質(zhì)序列

3.1 轉(zhuǎn)錄因子(Transcription factor) 轉(zhuǎn)錄因子是一群活化后從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)位至細胞核，能結(jié)合在某基因上游特異核苷酸序列上的蛋白質(zhì)分子。它們在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的主要作用是識別和結(jié)合基因啟動子區(qū)的順式作用元件，激活或者抑制轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成，從而保證目的基因以特定的強度在特定的時間與空間表達。

3.2 反式作用因子(Trans-acting factor) 反式作用因子是指能與順式作用元件相互作用，并調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達的蛋白質(zhì)因子。它既包括了上述轉(zhuǎn)錄因子，又包括除轉(zhuǎn)錄因子之外的一些調(diào)控蛋白。反式作用因子主要通過以下途徑發(fā)揮作用，①結(jié)合上游啟動子元件或者其他結(jié)合位點；②結(jié)合遠端(如增強子、沉默子之類)的調(diào)控序列。